Elektrofahrzeuge können mehr als nur die Umwelt helfen – Eine weit verbreitete Einführung könnte bemerkenswerte Gesundheits- und Finanzvorteile bringen

Eine neue Studie der University of Toronto legt nahe, dass die großflächige Einführung von Elektrofahrzeugen (EVs) und der Ausbau erneuerbarer Stromerzeugung zu Gesundheitsvorteilen im Wert von bis zu 188 Milliarden US‑Dollar bis 2050 führen könnten.

Dafür nutzte das Team des Department of Civil & Mineral Engineering Computersimulationen, die zeigten, dass allein die Elektrifizierung der US‑Fahrzeuge und eine weniger aggressive Dekarbonisierung des Stromnetzes erhebliche gesundheitsbezogene Vorteile für die Bevölkerung in Höhe von mehreren zehn Milliarden Dollar bieten könnten.

Laut der Mitautorin der Studie, Professor Marianne Hatzopoulou, konzentrieren sich Forschende bei der Untersuchung der Auswirkungen von EVs typischerweise auf den Klimawandel im Hinblick auf die Reduzierung von CO2-Emissionen, doch das ist nicht das gesamte Ausmaß der Verschmutzung, die ein Verbrennungsmotor verursacht.

Zusätzlich zu CO2 erzeugen diese konventionellen Fahrzeuge ebenfalls „viele Luftschadstoffe, die erhebliche, quantifizierbare Auswirkungen auf die öffentliche Gesundheit haben“, wobei Hatzopoulou anmerkte, dass diese „unverhältnismäßig stark von einkommensschwachen, rassifizierten oder marginalisierten Bevölkerungsgruppen wahrgenommen werden“.

Bereits 2020 nutzten die Teammitglieder ihr Fachwissen in der Lebenszyklusbewertung, um Computermodelle zu erstellen, die die Auswirkungen einer großflächigen EV‑Einführung auf dem US‑Markt simulieren.

Das Team wählte die USA als Testmarkt wegen der hohen Eigentums- und Reisequoten pro Kopf sowie der Verfügbarkeit großer, schwerer Fahrzeuge und hochwertiger Daten.

Um abzuschätzen, wie viele EVs benötigt werden, um den Anstieg der globalen Durchschnittstemperatur bis 2100 unter 2 °C über dem vorindustriellen Niveau zu halten, entwickelte das Team eine neuartige Methode, dieses Ziel in ein CO2‑Budget für Personenkraftwagen in den USA umzuwandeln. Anschließend ermittelte es die erforderliche Anzahl an EVs, um innerhalb dieses Budgets zu bleiben, was sich als „sehr hoch“ herausstellte.

Die modellierten Szenarien ergaben, dass bis 2050 350 Millionen EVs auf den US‑Straßen unterwegs sein müssen, um die angestrebten Emissionsreduktionen zu erreichen.

Diese Zahl entspricht etwa 90 % der zu diesem Zeitpunkt geschätzten insgesamt im Einsatz befindlichen Fahrzeuge, während der Anteil der EVs auf den Straßen zum Zeitpunkt der Studie etwa 0,3 % betrug. Die Forschung stellte fest:

„Es stimmt, dass die Verkäufe schnell wachsen, aber selbst die optimistischsten Prognosen deuten darauf hin, dass der US‑Fuhrpark bis 2050 nur zu etwa 50 % aus EVs bestehen wird.“

Hinsichtlich der Hindernisse für diese Einführung weist die Studie auf Verbraucherpräferenzen bei der EV‑Einführung, Herausforderungen bei der Versorgung mit kritischen Materialien wie Kobalt, Lithium und Mangan für Batterien sowie die Belastung der Strominfrastruktur des Landes hin. Das Papier gab einen jährlichen Anstieg des Strombedarfs um 1.730 TWh an, was massive Investitionen in Infrastruktur und neue Kraftwerke erfordern würde.

Die Studie kam zu dem Schluss, dass ein EV‑Besitz von 90 % bis 2050 ein unrealistisches Szenario sei und empfahl massive Investitionen in den öffentlichen Nahverkehr, höhere Wohnungsdichte und eine Neugestaltung der Städte, um aktive Mobilität zu ermöglichen.

„EVs reduzieren tatsächlich die Emissionen, aber sie befreien uns nicht davon, die Dinge zu tun, von denen wir bereits wissen, dass wir sie tun müssen. Wir müssen unser Verhalten, das Design unserer Städte und sogar Aspekte unserer Kultur überdenken. Jeder muss dafür Verantwortung übernehmen.“

– Professor Heather MacLean

Weit verbreitete EV‑Einführung kann die menschliche Gesundheit

Nach dem Berechnen der für die Erreichung der Minderungsvorgaben erforderlichen EV‑Anzahl untersuchte das U of T Engineering‑Team die gesundheitlichen Vorteile der Elektrifizierung von leichten Nutzfahrzeugen.

Veröffentlicht in PNAS diesen Monat schlägt die neueste Studie eine einzigartige Perspektive zur Quantifizierung der luftqualitätsbezogenen gesundheitlichen Auswirkungen der US‑Einführung von EVs zwischen 2022 und 2050 vor.

Die Sache ist, dass EVs an sich keine Auspuffemissionen erzeugen, das bedeutet jedoch nicht, dass sie nicht für Luftverschmutzung verantwortlich sind. EVs benötigen weiterhin Strom, und wenn die Kraftwerke, die sie versorgen, mit fossilen Brennstoffen wie Erdgas oder Kohle betrieben werden, sind sie dafür verantwortlich.

Daher passte das Team sein Modell an, um die Entstehung von Luftschadstoffen zu simulieren, darunter Schwefeloxide (SOx), Stickstoffoxide (NOx) und PM2,5 – kleine Partikel von 2,5 µm oder weniger Durchmesser, die organische Chemikalien, Staub, Ruß und Metalle enthalten können.

Im Gegensatz zu CO2, das über Jahrzehnte hinweg persistiert und gut in der Atmosphäre gemischt ist, sind diese Schadstoffe und ihre gesundheitlichen Auswirkungen stärker lokalisiert.

„Es kommt nicht nur darauf an, wie viel wir emittieren, sondern auch, wo wir es tun.“

– Professor Daniel Posen

Die Modellierung von CO2 und die Modellierung dieser Schadstoffe sind also zwei sehr unterschiedliche Dinge. 

Außerdem wird erwartet, dass die Luftverschmutzung durch das Stromnetz und Verbrennungsmotoren im Laufe der Zeit nicht konstant bleibt.

Zum Beispiel erzeugen die heute vorhandenen benzinbetriebenen Autos deutlich weniger Verschmutzung als jene, die vor zwei Jahrzehnten gebaut wurden, sind aber immer noch im Straßenverkehr. Ebenso wird das Stromnetz immer umweltfreundlicher. Daher müssen all diese Faktoren berücksichtigt werden.

Das Team wählte daher zwei Hauptszenarien für die Modellsimulation. Im einen Szenario, werden keine weiteren EVs gebaut, aber ältere Verbrennungsmotorfahrzeuge werden weiterhin ausgetauscht durch effizientere Modelle. Im anderen Szenario wird angenommen, dass alle bis 2035 verkauften Neufahrzeuge elektrisch sein werden.

Obwohl das zweite Szenario „aggressiv“ erscheint, haben viele Regierungen weltweit bereits vollständig auf EVs gesetzt, wobei Länder wie Norwegen, die Niederlande, Frankreich und Kanada planen, den Verkauf neuer Verbrennungsmotorfahrzeuge im kommenden Jahrzehnt zu beenden.

Für beide Szenarien berücksichtigten die Forschenden zudem unterschiedliche Raten des Übergangs des Stromnetzes zu erneuerbaren Energiequellen. Diese Rate umfasste eine Verlangsamung, Beschleunigung oder ein weitgehend gleichbleibendes Niveau bis 2050.

Für jede dieser Bedingungen, wurden die Luftverschmutzungswerte dann über die USA simuliert. Sie korrelierten diese Verschmutzungswerte anschließend mit statistischen Schätzungen des wirtschaftlichen Werts und der verlorenen Lebensjahre. 

„Unsere Simulation zeigt, dass die kumulativen gesundheitlichen Vorteile für die Öffentlichkeit durch die großflächige EV‑Einführung zwischen jetzt und 2050 in die Hunderte Milliarden Dollar gehen könnten… wenn das Netz weiterhin umweltfreundlicher wird.“

– Posen

Während die Welt bereits vom fossilen Kraftwerkbetrieb wegtransitioniert, modellierte das Team zudem ein Einfrieren des Netzes im aktuellen Zustand. Er fügte hinzu:

„In diesem Fall wären wir tatsächlich besser dran, wenn wir einfach unsere alten Verbrennungsmotorfahrzeuge durch neue ersetzen — aber auch das ist kein sehr realistisches Szenario.“

Jetzt stellt sich die Frage, was Priorität haben sollte: die Einführung von EVs zur Dekarbonisierung des Verkehrssektors oder die Dekarbonisierung des Stromerzeugungssektors, der die Quelle der EV‑Verschmutzung ist. 

Dazu sagte Hatzopoulou:

„Es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass die heute verkauften Fahrzeuge noch jahrzehntelang genutzt werden.“

Das bedeutet, dass wir zunächst EVs einführen müssen, weil der fortgesetzte Kauf weiterer Verbrennungsmotoren, egal wie effizient sie sind, uns für Jahre an diese Auspuffemissionen bindet, was die Verschmutzung weiter verbreitet.

Allerdings, sollte das Stromerzeugungssystem gleichzeitig dekarbonisiert werden und nicht darauf warten, dass zuerst mehr EVs auf die Straße kommen.

„Wir müssen noch heute den Weg zu einer gesünderen Zukunft einschlagen.“

– Hatzopoulou

Quantifizierung der Vorteile von EVs für die öffentliche Gesundheit

EVs haben in den letzten Jahren stark an Bedeutung gewonnen und stellen ein wirksames Mittel zur Bekämpfung des Luftverschmutzungsproblems dar.

Das ist nachvollziehbar, da Luftverschmutzung weltweit zu einem von zehn Todesfällen beiträgt und jährlich 8,43 Millionen vorzeitige Todesfälle verursacht. Sie verkürzt zudem die Lebenserwartung um mehr als zwei Jahre. Laut WHO ist Luftverschmutzung die größte umweltbedingte Bedrohung für die menschliche Gesundheit weltweit.

Diese Bedrohung ist größtenteils der Verkehrsindustrie zuzuschreiben. In den USA macht der Sektor etwa 29 % aller Treibhausgasemissionen (THG) aus und war daher ein Schwerpunkt von Strategien zur Bekämpfung des Klimawandels.

Unter den Lösungen bieten EVs, die keinerlei Auspuffemissionen erzeugen, ein erhebliches Potenzial zur Reduzierung sowohl von THG-Emissionen als auch von Luftverschmutzung. Laut dem US-Energieministerium produzieren EVs im Vergleich zu 5.186 kg CO2-Emissionen von benzinbetriebenen Fahrzeugen nur 1.783 kg.

Eine Studie aus diesem Jahr untersuchte die Vorteile einer vollständigen Elektrifizierung (FullE) in vier US‑Städten – New York, Chicago, Houston und Los Angeles. Diese Städte weisen dichte Bevölkerungen, hohes Verkehrsaufkommen und eine schlechte Luftqualität auf, die nicht den Standards der Environmental Protection Agency entspricht.

Die Forschung ergab, dass das FullE‑Szenario zu einer PM2,5‑Reduktion von bis zu 0,34 bzw. 2,29 µg·m⁻³ führte, verbunden mit deutlichen Reduktionen sowohl von NOx- als auch von Ozonkonzentrationen.

Aus gesundheitlicher Sicht könnte ein FullE‑Szenario potenziell 796, 328 bzw. 157 vorzeitige Todesfälle pro Monat in New York, Chicago bzw. Houston verhindern. Wirtschaftlich werden die gesundheitlichen Vorteile auf 51 Millionen bis 249 Millionen US‑Dollar pro Tag geschätzt.

In Los Angeles kann jedoch die vollständige Elektrifizierung die Sterblichkeit erhöhen, da höhere PM2,5‑ und Ozonwerte auftreten, während ein EV‑Anteil von 29 % bei leichten Nutzfahrzeugen monatlich 104 Leben retten kann. Dies liegt an der komplexen atmosphärischen Chemie der Stadt sowie an den einzigartigen geografischen und meteorologischen Bedingungen und erfordert daher „regionalspezifische Umweltvorschriften“.

Eine weitere Studie, die die gesundheitlichen Vorteile dieser Fahrzeuge in Shanghai, China, untersuchte, stellte fest, dass einige Regionen mehr Nutzen aus einer großflächigen EV‑Einführung ziehen könnten, die sehr kostspielig ist, als andere. Daher empfahl sie, dass politische Entscheidungsträger Anreize basierend auf regionalen Merkmalen gestalten.

Eine Megastadt wie Shanghai leidet typischerweise unter schlechterer Luftqualität, und eine größere Bevölkerung ist den Fahrzeugemissionen ausgesetzt.

Die Studie bewertete also die Klima- und Gesundheitsvorteile des Austauschs von Benzinfahrzeugen, die Feinstaub, NOx und flüchtige organische Verbindungen ausstoßen, gegen batteriebetriebene EVs, die NOx- und SO2-Emissionen aus Kraftwerken verursachen.

Sie stellte fest, dass jedes EV in Chinas größter Stadt Gesundheits- und Klimavorteile in Höhe von 6.400 US‑Dollar generiert. Darüber hinaus waren die gesundheitlichen Auswirkungen von EVs etwa 20‑mal geringer als die eines durchschnittlichen ICEV, wobei größere Vorteile durch den Austausch älterer ICEVs erzielt wurden, was 8.900 US‑Dollar pro Fahrzeug entspricht.

Die Elektrifizierung von Fahrzeugen reduziert jedoch nicht nur Treibhausgasemissionen und verbessert die Luftqualität, sondern senkt auch die Sterblichkeitsrate, die mit der Exposition gegenüber toxischen Luftschadstoffen verbunden ist.

Das Einatmen von Feinstaub, der von ICE‑Fahrzeugen ausgestoßen wird, kann das Risiko für kardiovaskuläre Erkrankungen, einschließlich Herzinfarkte, erhöhen. Bei Kindern kann die Exposition gegenüber Luftverschmutzung zu lebenslangen Gesundheitsproblemen führen. Bei schwangeren Frauen kann sie das Risiko für Komplikationen und ein geringes Geburtsgewicht erhöhen. Forschungen deuten darauf hin, dass Luftverschmutzung auch zu Aufmerksamkeitsstörungen beiträgt.

Angesichts der nachteiligen Auswirkungen von Luftverschmutzung auf die menschliche Gesundheit, insbesondere bei der jungen Bevölkerung, untersuchte die American Lung Association die Auswirkungen von EVs auf die Rettung von Leben. 

„Luftverschmutzung und Klimawandel setzen Kinder heute einem Risiko aus. Die Auswirkungen des Klimawandels verstärken sich weiter, und das wird die Risiken, denen Kinder in den Vereinigten Staaten während ihres Aufwachsens ausgesetzt sind, noch erhöhen.“

– Will Barrett, der Berichtautor und Senior Director of Advocacy for Clean Air der Association

Um die Gesundheit der Menschen zu verbessern, schlug der Bericht vor, dass alle Neuwagenkäufe Null‑Emissions‑Optionen sein sollten und das nationale Stromnetz bis 2035 auf saubere und erneuerbare Energie umgestellt wird.

Laut der Gruppe würden diese Null‑Emissions‑Fahrzeuge bis 2050 über 1,2 Billionen US‑Dollar an Gesundheitsvorteilen für das Land schaffen.

Der aktuelle Stand des EV‑Marktes

Bei all diesen Vorteilen der Fahrzeug‑Elektrifizierung, wo stehen wir genau bei der EV‑Einführung? Nun, ein Bericht der International Energy Agency besagt, dass der Verkauf von Elektroautos im Jahr 2023 fast 14 Millionen erreichte, ein Anstieg um 3,5 Millionen gegenüber dem Vorjahr und ein erstaunliches Sechsfache im Vergleich zu 2018.

Im Jahr 2023 machten Elektroautos etwa 18 % aller Autos aus, ein Anstieg um 4 % gegenüber 2022. Vor nur fünf Jahren lag ihr Anteil bei lediglich 2 %, was die massive Einführung von EVs verdeutlicht. Unter den Elektroautos sind 70 % batteriegetrieben. Diese Zahlen bringen die Gesamtzahl der EVs auf den Straßen auf 40 Millionen.

Während die EV‑Einführung weltweit stattfindet, ist sie deutlich konzentriert in nur wenigen großen Märkten, wobei China an der Spitze steht. 

Fast 60 % (8,1 Million) aller neuen Elektroautoregistrierungen entfielen auf China. Bemerkenswerterweise war 2023 das erste Jahr seit über einem Jahrzehnt, in dem die chinesische New Energy Vehicle (NEV)-Industrie keine staatlichen Subventionen für EV‑Käufe erhielt. Dennoch blieben Steuerbefreiungen, nicht‑finanzielle Unterstützung und einige provinzial geführte Investitionen bestehen. Im vergangenen Jahr exportierte China zudem mehr als 4 Millionen Fahrzeuge, davon 1,2 Millionen EVs, und wurde damit zum größten Autoexporteur der Welt.

China wird von Europa mit 25 % und dann von den USA mit 10 % (1,4 Millionen) gefolgt. Zusammen machen diese Regionen fast 95 % der globalen Elektroautoverkäufe aus. Dieses Wachstum setzt sich 2024 fort, wobei China bereits im ersten Quartal 2024 1,9 Millionen Elektroautos verkaufte, verglichen mit 350.000 in den USA.

Während die Elektroautoverkäufe in Schwellen- und Entwicklungsländern gestiegen sind, blieben sie insgesamt niedrig, und EVs sind nach wie vor selten in Afrika, Eurasien und dem Nahen Osten.

Laut IEA hängt die fortlaufende Umstellung auf Elektromobilität von erschwinglichen EVs ab. Und neben der technologischen Entwicklung ist Wettbewerb ein wichtiger Faktor, der die Kosten senken kann.

„Menschen sind bereit, gegen den Klimawandel zu kämpfen und EVs zu fahren, aber nicht um jeden Preis“, bemerkte Serge Gachot, Direktor der Pariser Automobilausstellung, die diesen Monat stattfand und bei der EV‑Hersteller aus den USA, China und Europa ihre neuesten Modelle präsentierten.

Daten von JATO zeigen, dass der durchschnittliche Einzelhandelspreis eines Batterie‑EVs in China im ersten Halbjahr 2023 unter 34.000 $ lag, verglichen mit etwa 72.000 $ in Europa und 74.000 $ in den USA.

China kann den EV‑Markt dank seiner Spitzentechnologie und hochwertigen Fahrzeuge zu wettbewerbsfähigeren Preisen erobern. Als Reaktion auf Chinas Dominanz im EV‑Markt erwägen Europa und Kanada derzeit die Einführung von Zöllen, um ihre lokalen EV‑Industrien zu stärken.

Wenn wir uns die prominenten Namen im EV‑Sektor ansehen, dann gehören die folgenden zu den wichtigsten Akteuren: NIO (LIO ), Li Auto (LI ), Lucid Group (LCID ), Rivian Automotive (RIVN ), und Stellantis N.V. (STLA ) sind unter den Schlüsselakteuren.

Chinas BYD führt jedoch derzeit die globale EV‑Industrie an. Das Unternehmen, das EVs, Batterien und Energiesysteme produziert, erweitert schnell seinen Marktanteil sowohl im Inlands- als auch im internationalen Markt. BYD verkaufte im dritten Quartal 1.134.892 Fahrzeuge im Vergleich zu 986.720 im zweiten Quartal.

Zum Zeitpunkt der Erstellung werden die Aktien des Unternehmens mit einer Marktkapitalisierung von 123,5 Mrd. $ zu 36,86 $ gehandelt, ein Anstieg von 33,16 % im Jahresverlauf, bei einem EPS (TTM) von 1,55 und einem KGV (TTM) von 23,84.

Dann gibt es Elon Musks Tesla, Inc. (TSLA ), das eine Reihe von EVs produziert, darunter Model S, Model 3, Model X und Model Y. Im dritten Quartal lieferte Tesla 462.890 EVs aus, gegenüber 433.956 im zweiten Quartal. Der Umsatz für das zweite Quartal 2024 betrug 25,5 Mrd. $ mit 890 Mio. $ an regulatorischen Gutschriften. 

Zum Zeitpunkt der Erstellung werden die Aktien des Unternehmens mit einer Marktkapitalisierung von 703,85 Mrd. $ zu 217,80 $ gehandelt, ein Rückgang von 11,18 % im Jahresverlauf, bei einem EPS (TTM) von 3,56 und einem KGV (TTM) von 62,04.

Fazit 

Studien zeigen, dass Elektrofahrzeuge unbestreitbare Vorteile sowohl für die Umwelt als auch für die öffentliche Gesundheit bieten. Allerdings geht ihre weit verbreitete Einführung mit erheblichen Herausforderungen einher. Um ihr volles Potenzial auszuschöpfen, müssen wir nicht nur die Fahrzeugflotten elektrifizieren, sondern auch das Stromnetz dekarbonisieren. Insgesamt muss die Einführung von EVs durch breitere gesellschaftliche Veränderungen in Bezug auf Mobilität, Lebensstil und Energieerzeugung ergänzt werden.

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